Proteïnes de la llet: Possibilitats de variació i efectes a la fabricació de productes lactis i la salut humana

Gerardo CAJA

Grupo de Investigación en Rumiantes (G2R)

Departamento de Ciencia Animal y de los Alimentos Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), España

gerardo.caja@uab.es

G2R

Grup Recerca RemugantsG2R Grup Recerca Remugants

15 de febrer de 2017

Sala d’actes de la Cooperativa Plana de Vic, Vic (Barcelona)

Proteïnes de la llet:

Possibilitats de variació i efectes a la fabricació de productes lactis i la salut humana

Factores de variación de la producción de leche

Producción:

 Catabólica

 Aditiva

 Equilibrada

Variación del potencial productivo:

Genotipo (25-30%) Nutrición (45-50%) Otros (20-25%)

Correlaciones genéticas (r_g) entre producción y composición de leche en vacuno

(Keown, 2006)

2) Producción (cantidad)

Producción Grasa, kg Proteína, kg ESM, kg

Leche, kg 0.75 0.90 0.95

Grasa, kg 0.80 0.80

Proteína, kg 0.90

Producción Grasa, % Proteína, % ESM, %

Leche, kg ‒0.35 ‒0.30 ‒0.20 Grasa, kg ‒0.10 ‒0.25

Proteína, kg ‒0.10

1) Composición (porcentaje)

Comparación de la composición de la leche: Macro-componentes (%, Revisión)

Especie MS GB PB P/G Lac MM EB* iVaca

Vaca 12.6 3.8 3.3 0.87 4.8 0.7 728 100 Búfala 16.6 6.9 3.7 0.54 5.2 0.8 1060 146 Cabra 12.3 3.7 3.2 0.86 4.6 0.8 705 97 Oveja 18.2 7.0 5.5 0.79 4.8 0.9 1149 158 Camella 11.8 3.5 3.1 0.89 4.4 0.8 673 92 Yegua 11.1 1.9 2.5 1.32 6.2 0.5 561 77 Cerda 18.1 6.8 4.8 0.71 5.5 1.0 1120 154 Perra 25.1 12.9 7.9 0.61 3.1 1.2 1768 243 Coneja 36.1 18.3 13.9 0.76 2.1 1.8 2559 352

Comparación de la composición de la leche: Macro-componentes (%, Revisión)

Especie MS GB PB P/G Lac MM EB* iVaca

Vaca 12.6 3.8 3.3 0.87 4.8 0.7 728 100% Búfala 16.6 6.9 3.7 0.54 5.2 0.8 1060 146% Cabra 12.3 3.7 3.2 0.86 4.6 0.8 705 97% Oveja 18.2 7.0 5.5 0.79 4.8 0.9 1149 158% Camella 11.8 3.5 3.1 0.89 4.4 0.8 673 92% Yegua 11.1 1.9 2.5 1.32 6.2 0.5 561 77% Cerda 18.1 6.8 4.8 0.71 5.5 1.0 1120 154% Perra 25.1 12.9 7.9 0.61 3.1 1.2 1768 243% Coneja 36.1 18.3 13.9 0.76 2.1 1.8 2559 352% Mujer 11.9 3.8 1.0 0.26 6.9 0.2 690 95%

Relación entre componentes lácteos

(a partir de datos medios de varias especies)

R² = 0,9481 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 5 10 15 20 Prote ína total , % Grasa, % R² = 0,7923 0 2 4 6 8 0 5 10 15 20 La ctosa , % Grasa, %

Grasa > Proteína (r = +) Grasa y Proteína vs. Lactosa (r = ‒)

R² = 0,8716 0 2 4 6 8 0 5 10 15 L a ctos a , % Proteína, %

Relación entre proteína y contenido de Ca y P en leche de distintas especies (Brulé, 1987)

1 Mujer 2 Yegua 3 Vaca 4 Cabra 5 Oveja 6 Cerda 7 Gata 8 Perra 9 Coneja Ca P 1 2 9 3 4 2 3 4 6 9 Ca/P = 1-1.5

Relación entre proteína y contenido de Ca y P en leche de distintas especies (Brulé, 1987)

El contenido de Ca (y de P) depende de la proteína!

Suero

Coágulo

(PV, Cn, ...)

Separación de componentes lácteos: 2. Proteína

Precipitación de micelas proteína (0.04-0.2



m)

Leche entera natural o ‘cruda’ (d = 1.03) Suero Coágulo (PV, Cn, ...)

T, pH, Ca

Esquema de Rowland de partición de las proteínas en leche de vaca (33-36 g/l)

α-CN

β-CN

γ-CN

κ-CN

α-La

4.5% Albúminas Globulinas (Ig, β-Lg…) 3.3% 9.2% P. Suero

Identificación de proteínas en leche de vaca por electroforesis microfluidica y SDS-PAGE

(Costa et al., 2014) α -La β-Lg β -CN α s1 -CN α s2 -CN κ -CN Ig – BSA Lf

Proteína Vaca Cabra Oveja Caseínas _75-80% αS11 _{10.0 (36%) 0-7.0 (15%)* 7.0 (15%)} αS21 _{3.7 (13%) 4.0 (17%) 7.0 (15%)} β 10.0 (36%)* 10.0 (43%) 28.0 (62%) κ 3.9 (14%)* 6.0 (25%) 3.5 (8%) Total CN 27.6 20-27.0 45.5 Suero α-La 1.2 1.2 0.8-2.4 β-Lg1,2 _{3.3* 2.3 2.8-5.0*}

Componentes proteicos de la leche según la especie (mg/mL)

Gran variación; *Relacionadas con el rendimiento quesero; 1_{Ausente en}

Proteína Vaca Cabra Oveja Caseínas _75-80% αS11 _{10.0 (36%) 0-7.0 (15%)* 7.0 (15%)} αS21 _{3.7 (13%) 4.0 (17%) 7.0 (15%)} β 10.0 (36%)* 10.0 (43%) 28.0 (62%) κ 3.9 (14%)* 6.0 (25%) 3.5 (8%) Total CN 27.6 20-27.0 45.5 Suero α-La 1.2 1.2 0.8-2.4 β-Lg1,2 _{3.3* 2.3 2.8-5.0*}

Componentes proteicos de la leche según la especie (mg/mL)

Gran variación; *Relacionadas con el rendimiento quesero; 1_{Ausente en}

Importancia relativa de las inmunoglobulinas en calostro y leche (Hurley & Theil, 2011)

Calostro Leche Cerda Oveja Vaca Cerda Yegua Mujer

Importancia relativa de las inmunoglobulinas en calostro y leche (Hurley & Theil, 2011)

Calostro Leche Cerda Oveja Vaca Cerda Yegua Mujer Variación según tipo de placenta

Contenido en células somáticas y composición de la leche de vaca (Harding, 1995)

Componente, % Normal Alto Cambio, %

Sólidos totales 8.9 8.8 -1 Lactosa 4.9 4.4 -10 Grasa 3.5 3.2 -9 Proteína 3.61 3.56 -1 Caseína 2.8 (77%) 2.3 (65%) -18 PB suero 0.8 1.3 +62 Albúmina 0.02 0.07 +250 Lactoferrina 0.02 0.10 +400 Inmunoglobulinas 0.10 0.60 +500 Na+ _{0.057 0.105 +84} K+ _{0.173 0.157 -9} Ca2+ _{0.12 0.04 -67}

Contenido en células somáticas y composición de la leche de vaca (Harding, 1995)

Componente, % Normal Alto Cambio, %

Sólidos totales 8.9 8.8 -1 Lactosa 4.9 4.4 -10 Grasa 3.5 3.2 -9 Proteína 3.61 3.56 -1 Caseína 2.8 (77%) 2.3 (65%) -18 PB suero 0.8 1.3 +62 Albúmina 0.02 0.07 +250 Lactoferrina 0.02 0.10 +400 Inmunoglobulinas 0.10 0.60 +500 Na+ _{0.057 0.105 +84} K+ _{0.173 0.157 -9} Ca2+ _{0.12 0.04 -67}

Polimorfismo genético de CN-αS1 en cabras Alpinas y rendimiento quesero de la leche

(Remeuf y Vassal, 1991)

Contribución de alelos (Grosclaude et al., 1987; Mahe & Grosclaude, 1989): A, B y C (3.6 g/l), E (1.6 g/l), D y F (0.6 g/l) y 0 (0 g/l)

Item _(alto) AA _(medio) EE _(bajo) FF

Proteína, % 3.17a _2.72b _2.56b Caseína, % _2.68a _2.27b _2.06c CN/PB, % 84.5 83.5 80.5 Rdto quesero (kg/100 kg) 21.6 a _20.1b _18.8c

Consistencia Firme Media Blanda

Riesgo de la variante A1 de β-CN bovina bBCM-7 Digestión enzimática de β-CN: Opioide con efectos negativos en salud ? β A2 (variante original): β A1 (mutada y común): 209 AA AA-67 HISTIDINA PROLINA

Potencial de producción de bBCM-7 a partir de leche de vaca (Woodford, 2009)

Mujer vs. Vaca

Vaca:

• Mayor contenido de caseínas

(80%)

• Alto potencial de producción de

Consumo de proteína láctea y diabetes

(Laugesen & Elliot, 2003)

Total: Alto riesgo (R2 _{= 0.84)} Medio riesgo Es tudio epidemiológico cue stionado CN-β A1:

Consumo de proteína láctea y accidentes vasculares (McLahlan, 2001) CN-β A2: Alto riesgo (R2 _{= 0.86)} Bajo riesgo (R2 _{= 0.16)} Es tudio epidemiológico cue stionado CN-β A1:

Aumento de la inflamación intestinal y

Correlación (r) entre contenido de calprotectina en heces y medidas de intolerancia a la leche

según el tipo de β-CN de la dieta

(Ho et al., 2014) Item A1 (n = 36) A2 (n = 36) Hinchazón abdominal 0.36 −0.02 Dolor abdominal 0.46 0.03 Flato 0.39 0.32 Estreñimiento 0.35 0.56 Índice intolerancia 0.50 0.32 Consistencia heces 0.14 (P = 0.42) −0.11 (P = 0.51) Colon irritable 9.01(P = 0.97) −0.11 (P = 0.51)

Variantes de CN-β en leche según la especie y raza (varios autores)

Raza Haplotipo A2 (%) Ayrshire 33 Holstein 35 Jersey 33 Parda 33 Guernsey 98% Zebú 100% Oveja 100% Cabra 100% Leche comercial 70-99% A1 100% A2 50%A2 CONAFE (2016) 34%

● Presentes de forma natural en la leche o

producidos por la fermentación y digestión.

● Críticos para neonatos y adultos (nutritivos,

inmunológicos, bioactivos).

● Funciones:

− Antimicrobianas (Ig, Lactoferrina, Lisozima)

− Inmunomoduladoras

− Antihipertensivas (ACE)

− Antitrombóticas (residuos κ-CN)

− Transporte mineral (caseinofosfopeptidos)

− Chaperon (caseinomacropeptido)

− Opioides (casomorfina)

● Resistentes a la digestión y la mayor parte de

tratamientos industriales.

Componentes ‘bioactivos’ de los productos lácteos

Componentes ‘bioactivos’ de los productos lácteos (Bauman et al., 2006)

Cáncer Cardiovascular Tensión arterial Inmunidad Ósea Suero lácteo Caseína Lactoferrina α-lactoalbúmina Péptidos lácteos Suero lácteo Caseína Suero lácteo Suero lácteo Membrana de glóbulo graso Péptidos lácteos CLA (c9 t11 C_18:1) Vaccénico Esfingolípidos Butírico 13-metil C14 Extracto éter CLA Esteárico (C_18:0) AG ω-3 - CLA CLA Ca Lactosa Vit. A-D Oligosacár. Nucleósidos Probióticos Ca Vit. D Ca, K Probióticos Ca, P Vit. K

Elementos funcionales en la leche de distintas especies (varias fuentes)

Componente Vaca Cabra Oveja Mujer

CLA, % 0.7 (0.3-0.8) 0.6 (0.4-0.7) 1.2 (0.5-1.8) 0.08 Proteínas, mg/L: Lisozima 0.37-0.60 0.25 1-4 100-890 Transferrina 20-200 20-200 20-200? <50 Lactoferrina 20-200 20-200 140 <2000 Prolactina 50 44 - 40-160 Folate-binding 8 12 - - Inmunoglobul. IgA 140 30-80 30-80? 1000 IgM 50 10-40 10-40? 100 IgG 590 100-400 100-400? 40

● Descubierta por Flemming.

● Proteína (14.4 kDa)

sintetizada por leucocitos neutrófilos (PMN).

● Destruye la membrana

microbiana (Gram +).

● Abundante en huevo, leche

humana y de équidos.

● Se produce para usarla

como aditivo alimentario (E-1105).

● Adicionada en quesos

(y vinos) para evitar hinchado.

Lisozima

(LYZ, muramidasa)

Lf

Lactoferrina (Lf)

● Proteína globular de 80 kDa

● Síntesis por neutrófilos (PMN)

● Clave del sistema inmune innato.

Secuestra Fe microbiano al unirse a grupos no-hemo.

● Se encuentra en leche (muy alta

en mujer) y fluidos corporales.

● Actividad anti-microbiana.

(bacterias, virus y hongos), anti-inflamatoria y cicatrizante.

● Aumenta densidad ósea.

● Destruye células precancerosas.

● Alta demanda industrial.

Lf

Inhibidores de Angiotensina (anti ACE)

● Proteínas muy pequeñas (1 kDa) de la hidrólisis

de β-CN, αS1-CN y αS2-CN, κ-CN, β-Lg y α-La.

● Producidas durante fermentación (yogur) y

coagulación de la leche y maduración quesos.

Función de la insulin en leche en la prevención de la diabetes tipo 1: hipótesis

(Shehadeh et al., 2001)

Insulina en leche

No diabetes autoimmune (Tipo 1) Reducción de permeabilidad intestinal

y penetración macromolecular

Ausencia de estímulo desencadenante de respuesta inmune a BSA, β-CN o a la INS bovina Lumen intestinal Enterocitos Linfocitos Tolerancia a INS

Evolución de la insulina en la leche de vaca (Aranda et al., 1991) 46 ng/mL 327 ng/mL _{Valores altos} cuestionados (IGF-1?)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 Insu lina , ng /mL milk 1x 3x COL 10 d 20 d 30 d 0.5-1.5 ng/mL

Contenido de insulina en la leche de vaca

(Caja et al., 2013)

40-50 ng/mL

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 A dip on ec tin a , ng /mL milk 1x 3x COL 10 d 20 d 30 d 4-7 ng/mL

Contenido de adiponectina en la leche de vaca

(Caja et al., 2013)

Meta-análisis de consumo de proteína alimenticia y riesgo relativo de cáncer de mama (Wu et al., 2016)

Carne roja: RR (95% IC) %Peso _Soja: RR (95% IC) %Peso

Leche desnatada: RR (95% IC) %Peso

1.07 _0.92

0.93

RR > 1 RR > 1

Meta-análisis de consumo de proteína alimenticia y riesgo de cáncer de mama (Wu et al., 2016)

Carne roja: RR (95% IC) %Peso _{Tofu de soja:} RR (95% IC) %Peso

Leche desnatada: RR (95% IC) %Peso

Yogur: RR (95% IC) %Peso

1.07

0.90

0.92

0.93

Evidencia de que los lácteos disminuyen el riesgo de cáncer

RR > 1 RR > 1

RR > 1 RR > 1

RR < 1 RR < 1

● Importantes relaciones entre componentes lácteos y leyes biológicas válidas para todas las especies.

● Marcadas diferencias de la leches animales y

humanas con posibles riesgos de intolerancias.

● Importancia de las proteínas del suero y riesgo

de las variantes de caseína.

● Necesidad de definir una estrategia para evitar

la variante A1.

● Presencia de bioactivos funcionales en la leche

para neonatos y adultos.

● Claras evidencias de que los productos lácteos

fermentados disminuyen los riesgos de padecer algunos tipos de cáncer.

… 50 mil millones de roedores no pueden estar equivocados!

Gracias por la atención!